3 boyutlu biyobaskı teknolojisi, bilgisayar destekli bir biyoyazıcı kullanarak biyomateryalleri hücrelerle (biyomürekkep) birlikte biriktirerek 3 boyutlu doku veya organ yapılarının inşasına olanak tanımaktadır. Bu teknoloji hâlihazırda temel araştırmalarda ve ilaç testlerinde in vitro bir araç olarak kullanılıyor ve gelecekte organ nakli için gereken organ eksikliğinin üstesinden gelmeye de yardımcı olabilir. 3D Biyobasım teknolojisi türleri ( extrüzyon tabanlı biyobaskı, damlacık tabanlı biyobaskı, lazer tabanlı biyobasım teknolojisi ) incelendiğinde biyomürekkep seçimi önemli bir yere sahiptir.
Biyobaskının başarısı, biyomürekkebin kalitesine bağlı olup uygun biyomürekkebi belirlemek zor olabilir. Biyomateryal, biyobaskı işlemine ve hücrelere uygun fiziksel ve mekanik özellikler göstermelidir. Bundan mütevellit kimyasal bileşim, çapraz bağlanma yoğunluğu, jelleşme süreci, reoloji, biyouyumluluk ve biyolojik olarak parçalanabilirlik gibi özellikleri dikkate almalıyız.
Biyomürekkepler, doğal veya sentetik kökenli olabilen, suda çözünemeyen çapraz bağlı hidrofilik polimer zincirleri olan hidrojellerden oluşur. Çoğu doğal biyomürekkep, hücre dışı mikro ortamı (ECM) gerçekten iyi taklit edebilir. Doğal hidrojeller, doğal ECM’yi taklit edebildikleri için hücre bağlanması ve çoğalması için istenen mikro ortamı sağlar, ancak fiziksel ve/veya mekanik özellikleri bazen karmaşık yapılar oluşturmak için ideal değildir. Bu nedenle, bunları başka bir doğal polimer ve sentetik polimerlerle birleştirmek, hatta daha kararlı yapılar elde etmek için kimyasal modifikasyonlar yapmak yaygındır. GelMA (jelatin metakrilat), stereolitografi biyobaskısında (ışık bazlı biyobaskı) kullanılmak üzere kimyasal olarak değiştirilmiş, doğal türevli bir biyomürekkebin iyi bir örneğidir. Yapısına dahil edilen metakrilat grupları, polimer zincirleri arasında (uygun ışık ışınımı altında) termal olarak çapraz bağlanmış jelatinin yalnızca fiziksel etkileşimlerinden daha güçlü olan kovalent bağların elde edilmesine olanak tanır ve malzemenin mekanik mukavemetini artırır.
Bir biyomürekkep formüle edilirken reoloji de çok önemli bir parametredir. Örneğin, ekstrüzyon bazlı biyobaskıda, hücre canlılığındaki azalmayı önlemek için kesme inceltme davranışına sahip biyomürekkepler arzu edilir. Bu, kayma gerilimi arttıkça malzemenin viskozitesinin azaldığı anlamına gelir; bu da biyomürekkebin, hücreler üzerinde yüksek kayma gerilimini önleyerek ekstrüzyon yapan iğneden kolayca geçmesine olanak tanır. Aynı zamanda, biyobaskısı tamamlanmış yapının şeklini korumak için malzemenin ekstrüzyondan sonra hızla sertleşmesi gerekir. Tercih edilen biyomürekkep yapıyı korumayı başaramazsa, nihai yapının korunmasına yardımcı olabilecek bir destek biyomürekkep yahut daha karmaşık yapıların basılmasına olanak tanıyan kurban bir biyomürekkep kullanılabilir. Biyomürekkebin jelleşmesi, polimer zincirlerinin çapraz bağlanması sonucu meydana gelir. Fiziksel veya kimyasal çapraz bağlanma seçilebilir. Fiziksel çapraz bağlanma, genellikle polimerlerin kendine özgü özelliklerine bağlı olan ısıyla yoğunlaşmayı, kendiliğinden birleşmeyi, iyonik jelleşmeyi veya elektrostatik etkileşimi içerir. Kimyasal çapraz bağlanma ise kovalent bağlarla sağlanır. En büyük avantaj, kimyasal olarak çapraz bağlanmış biyomürekkeplerin mekanik özelliklerinin, fiziksel olarak çapraz bağlanmış malzemelerden daha üstün olmasıdır.
Özetlemek gerekirse biyomürekkep seçimi biyobaskı sürecinde çok önemlidir. Biyobaskı işlemiyle uyumlu olmalı ve hücre bağlanmasını, hücre çoğalmasını teşvik edecek yeterli özellikleri sunmalıdır. Biyomürekkebin viskozite, jelleşme süreci ve biyouyumluluk vb. özelliklere bilhassa dikkat edilmelidir. Farklı biyomürekkep türlerinin kombinasyonu veya yapılarının kimyasal modifikasyonu, biyobaskı verimliliğini optimize etmenin umut verici bir yolu gibi görünüyor.
REFERANS
Recent trends in bioinks for 3D printing. Gopinatha J et al., Biomaterials Research Volume 22, Article number: 11 (2018)
Bioinks for 3D bioprinting: an overview. P Selcan Gungor-Ozkerim Biomater Sci. (2018).
Candidate Bioinks for Extrusion 3D Bioprinting—A Systematic Review of the Literature. Tarassoli S. et al, Front. Bioeng. Biotechnol., (2021)
Advances in engineering hydrogels. Shrike Zhang Y. and Khademhosseini A. Science. 2017. (6)